Bereits seit der ersten PISA-Erhebungsrunde im Jahre 2000 ist das IPN unter der Leitung von Prof. Dr. Manfred Prenzel maßgeblich für den Bereich Naturwissenschaften verantwortlich. Bei PISA 2006 bilden die Naturwissenschaften den Schwerpunkt der Erhebung, während Lesen und Mathematik Nebenkomponenten sind.

Grundlage des Naturwissenschaftstests von PISA ist eine Konzeption naturwissenschaftlicher Kompetenz bzw. Grundbildung (Scientific Literacy), die bei PISA 2006 zwischen den folgenden drei Teilkompetenzen unterscheidet:

• naturwissenschaftliche Fragestellungen erkennen (Differenzieren von naturwissenschaftlichen und nicht naturwissenschaftlichen Fragestellungen),
• naturwissenschaftliche Phänomene erklären (Beschreiben, Erklären und Vorhersagen von Phänomenen) sowie
• naturwissenschaftliche Evidenz nutzen (Umgehen mit empirischer Evidenz und naturwissenschaftlichen Schlussfolgerungen).

Um die PISA Aufgaben erfolgreich zu bearbeiten, ist jeweils eine der drei Teilkompetenzen notwendig. Die Aufgaben können wiederum zwei großen Wissensbereichen zugeordnet werden: dem naturwissenschaftlichen Wissen sowie dem Wissen über die Naturwissenschaften.

Unter naturwissenschaftlichem Wissen versteht PISA ein eher objektorientiertes Wissen aus den Inhaltsbereichen "Lebende Systeme", "Physikalische Systeme", "Technologische Systeme" sowie "Erd- und Weltraumsysteme" (z.B. Wissen über die Struktur und Funktion von Zellen). Das Wissen über Naturwissenschaften stellt hingegen das Verständnis über das Gewinnen und Nutzen wissenschaftlicher Daten in den Mittelpunkt (z.B. zu wissen, was ein Experiment ist und welche Rolle Versuchsbedingungen in einem Experiment spielen). Kompetenzen und Wissen müssen im Rahmen von PISA zur Lösung von lebensnahen naturwissenschaftlichen Fragestellungen angewandt werden.

Die Anwendungssituationen, auf die sich die PISA-Aufgaben beziehen, werden dem Alltagsleben entnommen. So soll festgestellt werden, ob es den Jugendlichen gelingt, naturwissenschaftliche Konzepte und Prozesse zur Lösung von lebensnahen Problemen einzusetzen. Die Anwendungssituationen reichen über den privaten und persönlichen Bereich (z.B. Ernährung) weit hinaus und tangieren auch Fragen von allgemein-politischem und globalem Interesse (z.B. Treibhauseffekt, Wasserknappheit, Trinkwasseraufbereitung) (Beispielaufgaben PISA-Testung).

Zusätzlich zu den Bereichen naturwissenschaftliches Wissen und Wissen über die Naturwissenschaften werden bei PISA Einstellungen und Motivationen der Schülerinnen und Schüler hinsichtlich der Naturwissenschaften untersucht. Bei PISA 2006 werden diese erstmals nicht nur im begleitenden Schülerfragebogen erfasst, sondern auch direkt im Kontext der Aufgaben. Erfasst werden

• das Interesse an Naturwissenschaften
• die Wertschätzung von Naturwissenschaften und die Bedeutung, die naturwissenschaftlicher Forschung zugemessen wird.

Die Rahmenkonzeption naturwissenschaftlicher Kompetenz von PISA 2006